Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Мембраналық тасымалдау ақуыздарының түрлері. Котранспортерлер – бір молекуланың концентрациялық градиенті бойынша қолайлы қозғалысын, екінші молекуланың сол градиентке қарсы қолайсыз қозғалысымен байланыстыратын мембраналық тасымалдау ақуыздарының (транспортерлердің) кіші тобы. Олар біріктірілген немесе котранспортты (екінші белсенді тасымалдау) жүзеге асырады және антипортерлер мен симпортерлерді қамтиды. Жалпы, котранспортерлер биомембраналар арқылы молекулалар мен иондарды тасымалдайтын транспортерлер деп аталатын интегралды мембраналық ақуыздардың үш класының екеуінен тұрады. Монотранспортерлер де транспортерлер болып табылады, бірақ молекуланың тек бір түрін ғана концентрациялық градиенті бойынша жылжытады және котранспортерлер ретінде жіктелмейді.
Type of membrane transport proteins
Cotransporters are a subcategory of membrane transport proteins (transporters) that couple the favorable movement of one molecule with its concentration gradient and unfavorable movement of another molecule against its concentration gradient. They enable coupled or cotransport (secondary active transport) and include antiporters and symporters. In general, cotransporters consist of two out of the three classes of integral membrane proteins known as transporters that move molecules and ions across biomembranes. Uniporters are also transporters but move only one type of molecule down its concentration gradient and are not classified as cotransporters.
Өмірбаян
Котранспортерлер еріген заттарды секундына 1000-100000 молекула жылдамдығымен градиент бойынша жоғары немесе төмен жылжыта алады. Олар, сынақ жағдайларына байланысты, арналар немесе тасымалдаушылар ретінде әрекет ете алады. Бұл қозғалыс бір уақытта екі молекулаға немесе ионға байланысу арқылы және бір еріген заттың концентрация градиентін пайдаланып, екінші молекуланы немесе ионды оның градиентіне қарсы жылжыту арқылы жүзеге асырылады. Кейбір зерттеулер котранспортерлердің иондық арналар ретінде жұмыс істей алатынын көрсетіп, классикалық модельдерге қайшы келеді. Мысалы, бидайдың HKT1 тасымалдауышы бір ғана ақуыз арқылы екі түрлі тасымалдау режимін көрсетеді. Котранспортерлер антипортерлер және симпортерлер деп жіктеледі. Екеуі де протон мен иондарды концентрация градиентіне қарсы жылжыту үшін электр потенциалын және/немесе химиялық градиенттерді пайдаланады. Өсімдіктерде протон екіншілік зат саналады және апопластағы жоғары протон концентрациясы симпортерлер арқылы кейбір иондардың ішке қарай қозғалысын қамтамасыз етеді. Протондық градиент иондарды протонатрий антипортері немесе протонкальций антипортері арқылы вакуольге жылжытады. Өсімдіктерде сахароза тасымалы протондық сорғы арқылы бүкіл өсімдікке таралады, бұл сорғы, жоғарыда айтылғандай, мембрананың бір жағында екінші жағына қарағанда көбірек протондардың болуын қамтамасыз етеді. Протондар мембрана арқылы кері диффузияланғанда, осы диффузиядан босатылған энергия сахарозаны бірге тасымалдауға жұмсалады. Сүтқоректілерде глюкоза натрийге тәуелді глюкоза тасымалдаушы арқылы тасымалданады, бұл процесте энергия қолданылады. Глюкоза мен натрий мембрана арқылы бір бағытта тасымалданатындықтан, олар симпортерлер ретінде жіктеледі. Глюкоза тасымалдау жүйесін алғаш рет 1960 жылы доктор Роберт К. Крейн болжаған, бұл туралы мақаланың кейінірек бөлімінде талқыланады.
Cotransporters are capable of moving solutes either up or down gradients at rates of 1000 to 100000 molecules per second. They may act as channels or transporters, depending on conditions under which they are assayed. The movement occurs by binding to two molecules or ions at a time and using the gradient of one solute's concentration to force the other molecule or ion against its gradient. Some studies show that cotransporters can function as ion channels, contradicting the classical models. For instance the wheat HKT1 transporter shows two modes of transport by the same protein. Cotransporters can be classified as antiporters and symporters. Both use electric potential and/or chemical gradients to move protons and ions against their concentration gradient. In plants the proton is considered a secondary substance and high proton concentration in the apoplast powers the inward movement of certain ions by symporters. A Proton gradient moves the ions into the vacuole by proton sodium antiporter or the proton calcium antiporter. In plants, sucrose transport is distributed throughout the plant by the proton pump where the pump, as discussed above, creates a gradient of protons so that there are many more on one side of the membrane than the other. As the protons diffuse back across the membrane, the free energy liberated by this diffusion is used to co transport sucrose. In mammals, glucose is transported through sodium dependent glucose transporters, which use energy in this process. Here, since both glucose and sodium are transported in the same direction across the membrane, they would be classified as symporters. The glucose transporter system was first hypothesized by Dr. Robert K. Crane in 1960, this is discussed later in the article.
Тарих
Гарвард университетінің түлегі доктор Роберт К. Крейн көмірсулар биохимиясы саласында ұзақ уақыт жұмыс істеді. Глюкоза-6-фосфат биохимиясы, көмірқышқыл газының тоқтатылуы, гексокиназа және фосфаттарды зерттеудегі тәжірибесі оны ішек арқылы натриймен бірге глюкозаның ко-транспортын болжауға жетеледі. Оң жақта доктор Крейннің 1960 жылы мембраналық тасымалдау және метаболизм жөніндегі халықаралық жиында ұсынған ко-транспортер жүйесінің суреті көрсетілген. Оның зерттеулері басқа топтармен расталды және қазір ко-транспортерлерді түсінудің классикалық моделі ретінде пайдаланылады.
Dr. Robert K. Crane, a Harvard graduate, had been working in the field of carbohydrate biochemistry for quite some time. His experience in the areas of glucose 6 phosphate biochemistry, carbon dioxide fixation, hexokinase and phosphate studies led him to hypothesize cotransport of glucose along with sodium through the intestine. Pictured right is of Dr. Crane and his drawing of the cotransporter system he proposed in 1960, at the international meet on membrane transport and metabolism. His studies were confirmed by other groups and are now used as the classical model to understand cotransporters.
Механизм
Антипортерлер мен симпортерлер екі немесе одан көп түрлі молекулаларды бір уақытта байланысты қозғалыс арқылы тасымалдайды. Бір молекуланың энергетикалық тұрғыдан қолайсыз қозғалысы, басқа молекуланың немесе иондардың энергетикалық тұрғыдан қолайлы қозғалысымен бірігіп, тасымалдауға қажетті қуатты қамтамасыз етеді. Бұл тасымалдау түрі екіншілік белсенді тасымалдау деп аталады және мембрана арқылы иондардың/молекулалардың концентрация градиентінен алынған энергиямен қамтамасыз етіледі. Белоктың бір конформациясында байланысу орны (немесе симпортерлер жағдайында орындар) мембрананың бір жағына қаратылған болады. Жоғары көтерілуге тиіс молекула мен төмен қарай көтерілуге тиіс молекула екеуі де байланысқанда конформациялық өзгеріс орын алады. Бұл конформациялық өзгеріс байланысқан субстраттарды мембрананың қарсы жағына шығарады, онда субстраттар ажырасады. Конформациялық өзгеріс орын алуы үшін молекула мен катион екеуі де байланысқан болуы керек. Бұл механизмді алғаш рет Олег Жардецкий 1966 жылы ұсынды. Конформациялық өзгерістердің бұл циклі бір уақытта тек бір субстрат ионына арналған, бұл иондық каналдар сияқты басқа тасымалдау ақуыздарымен салыстырғанда салыстырмалы түрде баяу тасымалдау жылдамдығын (секундына 100-ден 104 ионға дейін немесе молекула) қамтамасыз етеді. Жасушаларда Band 3 (немесе AE1) анион тасымалдау ақуызы сияқты анион антипортерлері де бар. Бұл котранспортер сүтқоректілердің эритроциттеріндегі маңызды интегралды ақуыз болып табылады және екі ионның концентрация градиентіне сүйене отырып, плазмалық мембрана арқылы хлор ионы мен бикарбонат ионын 1:1 қатынаста жылжытады. AE1 антипортері эритроциттердің ішінде бикарбонатқа айналатын көмірқышқыл газы қалдықтарын жоюда маңызды рөл атқарады.
Antiporters and symporters both transport two or more different types of molecules at the same time in a coupled movement. An energetically unfavored movement of one molecule is combined with an energetically favorable movement of another molecule(s) or ion(s) to provide the power needed for transport. This type of transport is known as secondary active transport and is powered by the energy derived from the concentration gradient of the ions/molecules across the membrane the cotransporter protein is integrated within. In one conformation the protein will have the binding site (or sites in the case of symporters) exposed to one side of the membrane. Upon binding of both the molecule which is to be transported uphill and the molecule to be transported downhill a conformational change will occur. This conformational change will expose the bound substrates to the opposite side of the membrane, where the substrates will disassociate. Both the molecule and the cation must be bound in order for the conformational change to occur. This mechanism was first introduced by Oleg Jardetzky in 1966. This cycle of conformational changes only transports one substrate ion at a time, which results in a fairly slow transport rate (100 to 104 ions or molecules per second) when compared to other transport proteins like ion channels. Cells also contain anion antiporters such as the Band 3 (or AE1) anion transport protein. This cotransporter is an important integral protein in mammalian erythrocytes and moves chloride ion and bicarbonate ion in a one to one ratio across the plasma membrane based only on the concentration gradient of the two ions. The AE1 antiporter is essential in the removal of carbon dioxide waste that is converted to bicarbonate inside the erythrocyte.
Симпортерлер
Антипортерлерден өзгеше, симпортерлер иондарды немесе молекулаларды бірдей бағытта жылжытады.
In contrast to antiporters, symporters move ions or molecules in the same direction.
Котранспортерлердің мысалдары
Na+/глюкоза котранспортері (SGLT1) – натрий-глюкоза котранспортері 1 деп те аталады және SLC5A1 генімен кодталады. SGLT1 электрогенді тасымалдаушы болып табылады, себебі натрийдің электрохимиялық градиенті глюкозаны жасушаларға қарсы бағытта жылжытады. SGLT1 – жоғары туыстыққа ие Na+/глюкоза котранспортері, ол бүйректің проксимальды түтікшелерінің эпителийлік жасушалары мен ішектің, әсіресе жіңішке ішектің бойымен қантты тасымалдауда маңызды рөл атқарады. Na+/фосфат котранспортері (NaPi) – Натрий-фосфат котранспортерлері SLC34 және SLC20 ақуыздық отбасыларына жатады. Олар бүйректің проксимальды түтікшесі мен жіңішке ішектің эпителийлік жасушаларында да табылады. Ол белсенді тасымалдау арқылы, Na+ градиентінің көмегімен жасушаларға бейорганикалық фосфатты жеткізеді. SGLT1-ге ұқсас, олар электрогенді тасымалдаушылар ретінде жіктеледі. 3 Na+ ионы мен 1 дивалентті Pi ионымен байланысқан NaPi, NaPi IIa және NaPi IIb ретінде жіктеледі. 2 Na+ және 1 дивалентті Pi ионымен байланысқандары NaPi IIc ретінде жіктеледі. Na+/I− симпортері (NIS) – Натрий йодиді – қалқанша безінде йодидті тасымалдауға жауапты симпортердің бір түрі. NIS негізінен қалқанша безінің жасушаларында, сондай-ақ сүт бездерінде кездеседі. Олар қалқанша безінің фолликулярлық жасушаларының базальдық мембранасында орналасқан, онда 2 Na+ ионы мен 1 I− ионы йодидті тасымалдау үшін біріктіріледі. NIS белсенділігі қалқанша безі ауруларын диагностикалауға және емдеуге көмектеседі, соның ішінде қалқанша безінің қатерлі ісігін радиойодпен емдеуге. Na K 2Cl симпортері – Бұл котранспортер жасушадағы су және электролиттердің мөлшерін бақылау арқылы жасуша көлемін реттейді. Na K 2Cl котранспортері секреторлық эпителийлік жасушаларда тұз секрециясында және бүйректе тұзды қайта сіңіруде маңызды рөл атқарады. Na K 2Cl симпортерінің екі түрі бар, олар NKCC1 және NKCC2 деп аталады. NKCC1 котранспортты ақуызы денеде кеңінен таралған, ал NKCC2 тек бүйректе кездеседі және организмнің зәріндегі натрий, калий және хлоридті алып тастайды, осылайша олардың қанға сіңуіне мүмкіндік береді. ГАМК (GAT) транспортерлері – нейротрансмиттер γ-аминобүтир қышқылы (GABA) транспортерлері плазмалық мембранада орналасқан және синапстық кеңісте ГАМК концентрациясын реттейтін, натрийге және хлоридке тәуелді нейротрансмиттерлік рецепторлардың 6 (SLC6) отбасының мүшелері. SLC6A1 гені ГАМК транспортерлерін кодтайды. Транспортерлер электрогенді және 2 Na+, 1 Cl− және 1 GABA ионын ішке қарай транслокация үшін байланыстырады. K+Cl− симпортері – K+Cl− котранспортерлер отбасы KCC1, KCC2, KCC3 және KCC4 деп аталатын төрт симпортерден тұрады. KCC2 изоформасы нейрондық тіндерге тән, ал қалған үшеуі денедегі әртүрлі тіндерде кездеседі. Бұл котранспортерлер отбасы K+/H+ және Cl−/HCO3− алмастырғыштардың біріктірілген қозғалысы немесе концентрацияға тәуелді арналар арқылы екі ионның біріктірілген қозғалысы арқылы жасушалар ішіндегі калий мен хлоридтің концентрация деңгейін бақылайды. Төрт белгілі KCC ақуызы екі жеке топты құру үшін бірігеді, онда KCC1 және KCC3 жұптасып, ал KCC2 және KCC4 иондардың қозғалысын жеңілдету үшін жұптасады.
Na+/glucose cotransporter (SGLT1) – is also known as sodium glucose cotransporter 1 and is encoded by the SLC5A1 gene. SGLT1 is an electrogenic transporter as the sodium electrochemical gradient drives glucose uphill into the cells. SGLT1 is a high affinity Na+ /glucose cotransporter that has an important role in transferring sugar across the epithelial cells of renal proximal tubules and of the intestine, in particular the small intestine. Na+/phosphate cotransporter (NaPi) – Sodium phosphate cotransporters are from the SLC34 and SLC20 protein families. They are also found across the epithelial cells of renal proximal tubule and of the small intestine. It transfers inorganic phosphate into cells through active transport with the help of a Na+ gradient. Similar to SGTL1, they are classified as electrogenic transporters. NaPi coupled with 3 Na+ ions and 1 divalent Pi, are classified as NaPi IIa and NaPi IIb. NaPi that couples with 2 Na+ and 1 divalent Pi are classified as NaPi IIc. Na+/I− symporter (NIS) – Sodium Iodide is a type of symporter that is responsible for transferring iodide in the thyroid gland. NIS is primarily found in cells of the thyroid gland and also in the mammary glands. They are located on the basolateral membrane of thyroid follicular cells where 2 Na+ ions and 1 I− ion is coupled to transfer the iodide. NIS activity helps in the diagnosis and treatment of thyroid disease, including the highly successful treatment of thyroid cancer with radioiodide after thyroidectomy. Na K 2Cl symporter – This specific cotransporter regulates the cell volume by controlling the water and electrolyte content within the cell. The Na K 2Cl Cotransporter is vital in salt secretion in secretory epithelia cells along with renal salt reabsorption. Two variations of the Na K 2Cl symporter exist and are known as NKCC1 and NKCC2. The NKCC1 cotransport protein is found throughout the body but NKCC2 is found only in the kidney and removes the sodium, potassium, and chloride found in the body's urine, so it can be absorbed into the blood. GABA transporter (GAT) – neurotransmitter γ aminobutyric acid (GABA) transporters are members of the solute carrier family 6 (SLC6) of sodium and chloride dependent neurotransmitter receptor transporters that are located in the plasma membrane and regulate the concentration of GABA in the synaptic cleft. The SLC6A1 gene encodes GABA transporters. The transporters are electrogenic and couples 2 Na+, 1 Cl− and 1 GABA for inward translocation. K+Cl− Symporter – The K+ Cl− cotransporter family consists of four specific symporters known as KCC1, KCC2, KCC3, and KCC4. The KCC2 isoform is specific to neuronal tissue and the other three can be found in various tissues throughout the body. This cotransporter family controls the concentration levels of potassium and chloride within cells through the combined movement of K+/H+ and Cl−/HCO3− exchangers or through combined movement of both ions due to concentration activated channels. The four known KCC proteins team up to form two separate subfamilies with KCC1 and KCC3 pairing together and KCC2 and KCC4 becoming a pair to facilitate ion movement.